Tópicos:
- Geral
- Árvore de cames suspensa
- Árvore de cames subjacente
- Árvores de cames rápidas
- Sobreposição de válvula
- Tempo de válvula variável e elevação da válvula
- Lubrificação
Geral:
A árvore de cames é uma parte importante do motor. A árvore de cames garante que o válvulas são abertos e fechados permitindo que o ar flua para dentro e para fora do cilindro. A árvore de cames gira de modo que o came abra a válvula contra a força da mola da válvula. A mola da válvula garante que a válvula aberta seja fechada quando o came continua a girar.
A árvore de cames está localizada na parte superior ou inferior da cabeça do cilindro ou na parte inferior do bloco do motor. A árvore de cames é acionada pela correia dentada, corrente ou rodas dentadas. Veja mais sobre isso no capítulo distribuição.
Árvore de cames suspensa:
A árvore de cames à cabeça só é usada hoje em dia. A árvore de cames é então colocada na cabeça do cilindro. A vantagem dos motores com árvore de cames à cabeça é que podem suportar velocidades mais elevadas do que os motores com árvore de cames subjacente.
Na imagem à esquerda você pode ver que a válvula está fechada porque a mola da válvula está pressionando a válvula para fechar e que a árvore de cames está girando no sentido horário. Na imagem da direita, o eixo de comando está torcido, fazendo com que o came empurre a válvula para baixo. A mola agora está comprimida, empurrando a válvula para baixo. Quando a árvore de comando for girada ainda mais, a mola da válvula empurrará a válvula para cima novamente. A mola da válvula exerce uma contrapressão de aproximadamente 20 kg.
As válvulas de um motor de quatro tempos são abertas por 1 ou 2 árvores de cames. Na versão com 1 árvore de cames, aciona as válvulas de admissão e de escape.
Na versão com 2 árvores de cames, uma árvore de cames aciona a(s) válvula(s) de admissão e a outra a(s) válvula(s) de escape. As 2 árvores de cames podem ser acionadas uma após a outra pela 1 correia dentada, mas também existem sistemas em que uma árvore de cames aciona a outra por meio de uma correia ou corrente separada (ver imagens abaixo)
As imagens abaixo são apenas exemplos da construção da correia dentada. O princípio é o mesmo com uma corrente de distribuição.
A imagem acima à esquerda é de um motor equipado com uma única árvore de cames. Isso opera as válvulas de admissão e escape. Isto é geralmente aplicado, por exemplo, a motores de quatro cilindros com 8 ou 12 válvulas (ou seja, com 2 ou 3 válvulas por cilindro).
A imagem do meio é de um motor com eixo de comando duplo, acionado por duas correias dentadas. A roda dentada da árvore de cames (1) é acionada diretamente pela cambota com a correia grande. Na parte traseira da polia da engrenagem 1 há uma pequena engrenagem, sobre a qual passa a correia traseira. Esta correia traseira (pequena) aciona a roda dentada da árvore de cames (2). A correia pequena requer um tensor separado. Isso geralmente é aplicado a motores de quatro cilindros com 16 ou mais válvulas. (então 4 ou mais válvulas por cilindro)
A imagem da direita é de um motor de motocicleta com duas árvores de cames. As árvores de cames são acionadas por uma correia e por uma corrente. A árvore de cames 1 é acionada pela correia dentada, que é acionada pelo virabrequim. A árvore de cames 2 é acionada pela corrente que é acionada pela árvore de cames 1. Esta corrente é montada sob a tampa da válvula com um tensor ou mecanismo de ajuste. Isso geralmente é aplicado, por exemplo, a motores de quatro cilindros com 16 ou mais válvulas. (quatro ou mais válvulas por cilindro)
Árvore de cames subjacente:
No passado, os motores eram equipados com uma árvore de cames subjacente. Hoje em dia, os motores dos automóveis de passageiros estão equipados apenas com uma árvore de cames à cabeça. A construção com a árvore de cames subjacente está a desaparecer. A desvantagem desta construção é que estes motores não suportam altas velocidades porque há muita massa entre a árvore de cames e a válvula. Em altas velocidades, ocorrerá muita folga e a válvula não abrirá e fechará mais nos momentos corretos.
O virabrequim é acionado por meio de uma pequena corrente de distribuição ou correia à árvore de cames subjacente (veja a imagem abaixo). A árvore de comando empurra o tucho da válvula e a haste para cima. O lado direito do balancim é empurrado para cima. O balancim 'cai' em torno do eixo do balancim, empurrando o lado esquerdo para baixo. Isto força a válvula para baixo contra a força da mola da válvula. Quando a árvore de comando é girada ainda mais, a mola da válvula pressiona a válvula para fechá-la e o balancim retorna à sua posição inicial.
Árvores de cames rápidas:
Se o came for mais oval e mais longo, a válvula permanecerá aberta por mais tempo. Mais ar pode então fluir para dentro do cilindro. Isso resulta em ganhos de capital. Este princípio é usado, entre outras coisas, no ajuste do motor. Isto é chamado de 'árvores de comando rápidas'. Se a extremidade for mais pontiaguda (mais pontiaguda), a válvula fechará mais rapidamente. Também deve ser ligeiramente convexo, caso contrário a válvula baterá de volta na sede em uma velocidade muito alta, causando desgaste severo nas sedes da válvula. Ao projetar um motor, isso também é cuidadosamente testado, para que sejam instaladas árvores de cames que sejam as mais ideais em termos de potência, consumo de combustível e valores de emissão.
Sobreposição de válvula:
Durante a sobreposição das válvulas, as válvulas de entrada e saída são abertas brevemente ao mesmo tempo. No final do curso de escape, quando o pistão está quase no PMS, a válvula de admissão abre antes que a válvula de escape seja fechada. Nesta situação, a velocidade dos gases de escape que saem da câmara de combustão é tão elevada que o ar de admissão já é aspirado pelo efeito do vácuo. Depois que a válvula de escape é fechada e o pistão se move para o ODP, a válvula de admissão abre completamente. O ar de admissão preencherá assim o espaço de combustão.
A vantagem da sobreposição da válvula é que a velocidade do ar que entra aumenta quando a válvula de entrada se abre, resultando em um maior grau de enchimento.
A figura mostra a situação em que a válvula de admissão (esquerda) e a válvula de escape (direita) são abertas ao mesmo tempo.
O diagrama mostra a abertura e o fechamento das válvulas de escape e de admissão. À medida que a árvore de cames gira, a válvula de escape abre e fecha novamente (as linhas azuis). A sobreposição da válvula ocorre no meio do gráfico. Isso é mostrado em vermelho. A válvula de entrada (mostrada com linhas verdes) já foi ligeiramente aberta aqui.
A sobreposição da válvula é obtida pelo formato do came. Na imagem abaixo você pode ver que na árvore de cames superior os cames mais altos estão separados por 114 graus. No centro da figura, a sobreposição das válvulas ocorre porque a extremidade do came de admissão e o início do came de escape são mais altos que a parte redonda da árvore de cames. Esta é a parte onde as válvulas de admissão e escape estão abertas ao mesmo tempo.
Quanto mais próximas as saliências estiverem colocadas umas das outras, maior será a sobreposição. Isto pode ser visto na diferença entre as árvores de cames superior e inferior, com os cames na árvore de cames inferior separados por 108 graus.
Portanto, a sobreposição das válvulas ocorre sempre e não pode ser alterada devido ao formato fixo do came na árvore de cames. A quantidade de sobreposição das válvulas é determinada pelo fabricante do motor.
Sincronização variável da válvula e elevação da válvula:
A potência do motor depende em grande parte da árvore de cames. Se tiver cames longos e ovais, as válvulas permanecerão abertas por mais tempo. Isso significa que mais ar pode entrar e sair do motor, o que produz mais potência. Se os cames forem mais curtos e pontiagudos, a válvula abrirá menos e fechará mais cedo, permitindo menos entrada e saída de ar e, portanto, também produzirá menos energia. A vantagem é que isso pode reduzir o consumo de combustível.
Baixas rotações do motor com baixas cargas exigem:
- As válvulas de admissão abrem tarde e fecham cedo.
- As válvulas de escape abrem tarde e fecham cedo.
Altas rotações do motor com cargas elevadas exigem:
- Abra as válvulas de admissão cedo e feche tarde.
- Abra as válvulas de escape mais cedo e feche-as mais tarde.
Os fabricantes de automóveis sempre procuram um meio-termo. O comando de válvulas variável ajusta a árvore de cames para a posição necessária à velocidade a que o motor está a funcionar. A elevação variável da válvula também é uma técnica para obter diversas vantagens, alterando a distância na qual a válvula abre.
Em tempo de válvula variável gira a árvore de cames em relação à roda dentada ajustável da árvore de cames (ver imagem). Com este sistema pode-se fazer com que as válvulas abram mais cedo ou mais tarde, mas não se pode fazer com que as válvulas permaneçam abertas durante mais tempo. Se a válvula abrir mais cedo, também fechará mais cedo, porque a forma da árvore de cames permanece a mesma. Na página tempo de válvula variável mais explicações serão dadas sobre isso.
Elevação variável da válvula é uma técnica que garante que a altura de elevação da válvula seja ajustável. Isso controla até que ponto a válvula abre. Isso é benéfico tanto para o consumo de combustível quanto para a potência do motor. A imagem abaixo é um exemplo disso. Este é o Valvetronic da BMW.
A elevação variável da válvula é aplicada apenas à árvore de cames de admissão. Existem diversas técnicas utilizadas por diferentes fabricantes. Na página elevação variável da válvula as diferentes técnicas são descritas em detalhes.
Lubrificação:
A árvore de cames precisa ser lubrificada, assim como todos os outros componentes móveis do motor. A árvore de cames é abastecida com óleo nos locais certos através de tubos com furos ou bicos. O funcionamento de todo o sistema de lubrificação está descrito na página Sistema de lubrificação.
